一种新型磁吸附式爬壁轮及爬壁机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种新型磁吸附式爬壁轮及爬壁机器人。

背景技术：

在当前高空生产作业中有很多劳动条件很差的工作，如造船、修船、高空桥梁的保养等工作，工人需要一人或多人配合，在几十米的高空手持作业工具，工作环境十分恶劣，并且存在摔落安全隐患。而爬壁机器人可以替代人工完成上述危险作业，因此爬壁机器人目前正被广泛的使用。

而磁吸附式机器人由于其结构简单，吸附力较大，对壁面凹凸适应性强，不存在真空吸附漏气的问题，正在成为该领域的研究热点。如中国专利CN101565063和CN2552648均披露了采用永磁吸附式爬臂机器人的技术方案。与电磁铁方式相比，永磁体方式具有吸附不耗能、结构简单、安全性高、不受断电影响等优点。目前，永磁体式爬壁机器人的移动方式有三种，轮式、履带式和脚式，相对于后两种运动方式爬壁机器人，轮式爬壁机器人具有结构简单、容易实现、行走速度快、转弯容易等优点，比较适合机器人实现爬壁功能。

而现有轮式爬臂机器人采用整体环形的强磁铁实现，比较适合小型或者微型爬壁机器人，当在需要中大型机器人，并且需要负重或存在较大反作用力时，必须增大环形磁铁的直径和厚度，并增加强磁吸力才能得以满足需求。这样会导致大面积、多方位的磁场外泄，引入了意外吸引磁铁或者铁质物品的风险。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中提到的缺点和不足，本实用新型提供一种新型磁吸附式爬壁轮及爬壁机器人，不但可以实现磁吸附力大且能解决强磁外泄的问题。

本实用新型提供的新型磁吸附式爬壁轮，技术方案如下：

一种新型磁吸附式爬壁轮，包括电机、减速装置、主动轮和随动轮，其中所述主动轮设置在动力轴上，在所述动力轴下方设有瓦形磁铁。

进一步地，所述随动轮设置在随动轴上，所述动力轴与随动轴之间设有同步履带，所述瓦形磁铁设置在所述同步履带内部。

进一步地，所述瓦形磁铁为同心或异心圆瓦片形状，其磁力线位于瓦形径向方向，所述瓦形径向方向面向作业金属面。

进一步地，所述瓦形磁铁采用钕铁硼材料制成。

进一步地，所述电机和减速装置均设在所述同步履带内部，所述电机控制所述动力轴转动以带动主动轮转动，所述减速装置包括一级减速机和涡轮二级减速箱，所述电机与一级减速机连接固定，所述一级减速机与涡轮二级减速箱连接固定。

进一步地，所述涡轮二级减速箱左右两侧设有两块主动轮支架，所述主动轮支架上分别安装有防尘保护盖。

进一步地，所述主动轮支架上还安装有履带防护架。

进一步地，所述随动轮为万向支撑轮。

进一步地，除瓦形磁铁外的结构均采用磁性不敏感材料制成。

本实用新型还提供一种新型磁吸附式爬壁机器人，其底部采用上述任意一种新型磁吸附式爬壁轮。

本实用新型提供的新型磁吸附式爬壁机器人具有以下优点：

1、吸附力可调节：通过改变瓦形钕铁硼磁铁的内外半径长度、瓦磁宽度、和不同材质，调节吸附力的大小，以满足不同作业的要求(其范围在3kg～300kg)；

2、磁力外泄面积最小：瓦形磁铁安装在左右两侧主动轮的中间，且位于动力轴承的下方，并且被同步履带所包围，仅仅在最下方接触金属的范围磁力最大，这样提高了磁力的利用率；

3、瓦形磁铁方便生产加工：通常圆柱形以及圆环形磁铁均需要提供不规则模具来加工，而瓦形磁铁可以用标准的长方形磁铁通过充磁前进行打磨而成型，然后再进行充磁，不需要新开瓦形模具，从而降低磁铁加工成本以及方便加工；

4、磁铁避免直接撞击：瓦形磁铁左右均有铝制传动皮带齿轮来防护、瓦形外半圆侧接触面有同步履带覆盖，瓦形内半圆侧为铝制瓦形磁铁连接件，磁铁处在全方位防护中，避免磁铁与外界直接接触，降低了磁铁的碰撞风险；

5、其他吸附物自动脱离：在旋转过程中，左右两侧主动轮、传动皮带齿轮、外部同步履带均处在同步旋转中，而内部的磁铁处于相对静止中(不做旋转)，这样当同步履带表面存在其他吸附物时，通过碾压与行走，最大限度的将吸附物与内部磁铁做分离，避免吸附物越来越多而影响轮体正常行走；

6、安全有保障：除瓦形磁铁外的结构均采用磁性不敏感材料制成，增加了对外界的接触距离，从而避免了意外吸附铁器而造成的安全风险，并且方便轮子组装生产，而采用永磁材料，也避免了因意外断电引发的磁力消失导致摔落的事故。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的新型磁吸附式爬壁轮实施例的结构爆炸图；

图2为新型磁吸附式爬壁轮实施例的整体结构示意图；

图3为图1中动力轴局部放大图；

图4为本实用新型提供的新型磁吸附式爬壁机器人整体结构示意图；

图5为图1中瓦形磁铁实施例一的结构示意图；

图6为图1中瓦形磁铁实施例二的结构示意图。

附图标记

1电机 2主动轮 3随动轮

4瓦形磁铁 20动力轴 30随动轴

40同步履带 50一级减速机 60涡轮二级减速箱

70主动轮支架 80防尘保护盖 90履带防护架

100机器人控制器

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种新型磁吸附式爬壁轮，参见图1～图3，该新型磁吸附式爬壁轮包括：电机1、减速装置、主动轮2和随动轮3，其中，所述主动轮2设置在动力轴20上，在所述动力轴20下方设有瓦形磁铁4。

上述方案中，优选地，所述瓦形磁铁为同心或异心圆瓦片形状(如图5和图6所示)，其磁力线位于瓦形径向方向，所述瓦形径向方向面向作业金属面。一面为N级，一面为S级，具体实施时，可设计成内外径面等磁力或者外径面磁力大于内径面磁力方式。以同心圆瓦片形状为例，可由钕铁硼强磁材料加工而成，外圆的半径为120mm，内圆的半径为80mm，厚度为40mm，扇形的角度为60度，外圆弧直线长度为100mm，瓦形磁铁的充磁方向位径向(磁力线在径向朝外)S-N或者N-S,瓦形磁铁的长度为100mm。

采用瓦形磁铁的目的在于，第一方面，吸附力可调节，可通过改变瓦形钕铁硼磁铁的内外半径长度、瓦磁宽度或钕铁硼材质(n38/n40/n42/n45/n52)调节吸附力的大小，以满足不同作业的要求(其范围在3kg～300kg)；第二方面，磁力外泄面积最小，瓦形磁铁安装在左右两侧主动轮的中间，且位于动力轴承的下方，仅仅在最下方接触金属的范围磁力最大，这样提高了磁力的利用率；第三方面，瓦形磁铁方便生产加工，通常圆柱形以及圆环形磁铁均需要提供不规则模具来加工，而瓦形磁铁可以用标准的长方形磁铁通过充磁前进行打磨而成型，然后再进行充磁，不需要新开瓦形模具，从而降低磁铁加工成本以及方便加工。

进一步地，所述随动轮3设置在随动轴30上，所述动力轴20与随动轴30之间设有同步履带40，所述瓦形磁铁4设置在所述同步履带40内部。此结构可以使得磁铁被同步履带所包围，不直接接触工作面，避免吸附一些金属屑，影响磁力。

具体实施时，所述电机1和减速装置均设在所述同步履带40内部，所述电机1控制所述动力轴20转动以带动主动轮2转动，所述减速装置包括一级减速机50和涡轮二级减速箱60，所述电机1与一级减速机50连接固定，所述一级减速机50与涡轮二级减速箱60连接固定，其具体固定方式在此不做限定。上述结构使得其他吸附物自动脱离，比如在轮体旋转过程中，左右两侧主动轮、传动皮带齿轮、外部同步履带均处在同步旋转中，而内部的磁铁处于相对静止中(不做旋转)，这样当同步履带表面存在其他吸附物时，通过碾压与行走，最大限度的将吸附物与内部磁铁做分离，避免吸附物越来越多而影响轮体正常行走。优选地，所述同步履带40采用橡胶材料制成。

本实用新型实施例提供的新型磁吸附式爬壁轮可以避免磁铁直接撞击，如瓦形磁铁左右均有铝制传动皮带齿轮来防护、瓦形外半圆侧接触面有同步履带覆盖，瓦形内半圆侧为铝制瓦形磁铁连接件，磁铁处在全方位防护中，避免磁铁与外界直接接触，降低了磁铁的碰撞风险。

进一步地，所述涡轮二级减速箱60左右两侧设有两块主动轮支架70，所述主动轮支架70上分别安装有防尘保护盖80，以防止工作时粉尘进入结构内，影响其工作。

为加强履带的防护作用，在所述主动轮支架70上还安装有履带防护架90。

本新型提供新型磁吸附式爬壁机器人，如图4所示，包括上述任意一种新型磁吸附式爬壁轮，机器人控制器100设置于其上。具体实施时，所述随动轮3为万向支撑轮。这样可以通过主支架结构设计，即可组成一个磁吸附爬壁机器人，通过对左右两个磁吸附爬壁主动轮中电机的差速控制，实现机器人的前进、后退、左转、右转，自由的在磁吸附壁面行走，完成特定的作业任务。

优选地，除瓦形磁铁4外的结构均采用磁性不敏感材料制成，比如可选用铝制、碳纤维、合金、塑料等材料，增加了对外界的接触距离，从而避免了意外吸附铁器而造成的安全风险，并且方便轮子组装生产；而瓦形磁铁采用永磁材料制成，可以避免了因意外断电引发的磁力消失导致摔落的事故。

最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。